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2025 年 3 月 14 日

板金切断方法の比較: せん断切断とレーザー切断

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板金部品の製造は、正確で効率的な切断方法に大きく依存しています。最も一般的な技術はせん断とレーザー切断で、それぞれが特定の製造ニーズに応える独自の特徴を備えています。 

両者の主な違いは単純です。せん断は、大量の単純な切断において速度と低コストを優先しますが、非せん断方式の一種であるレーザー切断は、ビームを集中させて材料を蒸発させ、さまざまな材料にわたって複雑なデザインと高精度を実現します。 

それ以外にも、2 つの手法にはいくつかの違いがあります。そのため、以下では 2 つの手法について詳しく説明していきます。2 つの手法のどちらを選択するか迷っている場合は、さっそく始めましょう。 

せん断とレーザー切断の比較

せん断レーザー切断

せん断とレーザー切断は、さまざまな点で大きく異なります。以下では、それぞれの切断方法の違いを生み出す要因のいくつかについて説明します。 

プロセス

  • 剪断

これは機械的なプロセスです。材料に大きなせん断力を加え、所定の線に沿って破断させます。このプロセスは、対向するブレードの物理的な相互作用に依存しており、これにより、材料のせん断強度を超える集中せん断応力が生じます。

  • レーザー切断

これは熱処理です。高度に焦点を絞ったレーザー ビームを使用して、材料を溶かしたり、気化させたり、焼き払ったりします。レーザー ビームの強度と焦点により、切断プロセスを正確に制御できます。通常、CNC システムによってレーザー ビームが誘導され、複雑で精巧な切断が可能になります。

材料

  • 剪断

主に板金やプレートに適しています。材料の厚さと硬さが制限要因となります。材料が厚く、硬いほど、より大きな力が必要になります。特に脆い材料の場合、せん断中に変形したり割れたりすることがあります。

  • レーザー切断

汎用性が高く、金属、プラスチック、木材、複合材、セラミックなど、さまざまな材料を切断できます。さまざまな厚さに対応できますが、厚い材料にはより強力なレーザーが必要です。せん断に比べて、材料選択の柔軟性が高くなります。

速度

  • 剪断

特に大量生産の場合、直線カットが非常に高速です。機械のサイクルタイムと材料の特性によって速度が制限されます。

  • レーザー切断

速度は、素材、厚さ、カットの複雑さによって異なります。薄い素材や単純なカットの場合は高速ですが、厚い素材や複雑なデザインの場合は低速になります。基本的な直線カットの場合は、通常、せん断よりも低速になります。

熱影響部 (HAZ)

  • 剪断

機械的なプロセスであるため、HAZ は発生しません。これは、材料特性を維持する必要がある場合に大きな利点となります。

  • レーザー切断

レーザーの熱の影響を受ける切断部分の周囲に HAZ が発生します。HAZ によって、硬度や微細構造などの材料の特性が変化することがあります。HAZ のサイズは、レーザーの出力、切断速度、材料の特性によって異なります。

多才

  • 剪断

直線カットに限定されます。複雑な形状や入り組んだデザインを作成する場合の汎用性は低くなります。

  • レーザー切断

非常に汎用性が高く、複雑な形状、入り組んだデザイン、細かいディテールを作成できます。せん断に比べてデザインの柔軟性が高くなります。

コントラスト表

2 つの切断方法の違いを簡単に確認したい場合は、この表が非常に役立ちます。 

機能剪断レーザー切断
プロセス機械的(骨折)熱(溶解/蒸発)
材料板金、プレート幅広い範囲(金属、プラスチックなど)
速度ハイ(ストレートカット)可変(材質、複雑さ)
熱影響部なしPresent
多才限定(ストレートカット)高(複雑な形状)
精度下側より高い
費用低くなるより高い

せん断とレーザー切断の概要

基本的な比較はさておき、それぞれのカット方法について少し見ていきましょう。2つの方法の詳細は次のとおりです。

せん断の概要

板金せん断

せん断は、対向する刃を使用して金属板を分離する伝統的な機械的切断プロセスです。この技術は 金属板を切る 材料を除去することなく、直線切断作業に非常に効率的です。

それがどのように動作しますか?

せん断加工では、固定された下刃と可動式の上刃の間に金属板を配置します。上刃が下降すると、材料のせん断強度を超える力が加わり、切断線に沿って金属が破断します。この加工は通常、最初の貫通から破断完了まで進行します。

せん断の主要構成要素

  • シャーマシン: 油圧または機械式動力システムを備えた頑丈なフレーム
  • 上部ブレードと下部ブレード: 硬化鋼の刃先
  • ホールドダウン: 切断中に材料を固定する機構
  • バックストップ: 材料を配置するための調整可能なガイド
  • ベッド: ワークピースの支持面

レーザー切断の概要 

切断

レーザー切断は、熱ベースの切断技術であり、集束した光線を使用して、正確に制御された経路に沿って材料を溶かしたり、燃やしたり、蒸発させたりします。これにより、物理的なツールを使用せずに、精巧なデザインや複雑な形状を実現できます。

それがどのように動作しますか?

高出力のレーザー ビームが生成され、光学部品を通して材料の表面に集束されます。集中したエネルギーによって高熱が発生し、材料が溶解、燃焼、または蒸発します。補助ガス (通常は酸素、窒素、または圧縮空気) によって溶解した材料が吹き飛ばされ、きれいな切断面が実現します。CNC はプログラムされたパターンに従ってビーム パスを制御します。

レーザー切断の主要コンポーネント

  • レーザー共振器: レーザービーム(CO₂、ファイバー、またはNd:YAG)を生成します
  • ビームデリバリーシステム: ビームを方向付けて焦点を合わせる鏡と光学系
  • CNC制御システム: 動きとレーザー出力を調整するコンピュータ
  • アシストガスシステム: 溶融材料を切断および除去するためのガスを供給します
  • 切削ヘッド: 集束レンズとガスノズルを含む
  • カッティングベッド: 加工中に材料を支える

精度と精度

板金レーザー切断

板金切断工程の精度と正確さの面では、せん断とレーザー切断はそれぞれ異なるアプローチを採用しています。精度と正確さには、次のようなさまざまな要素が影響します。

切削公差

せん断工程では通常、切断許容誤差は ±0.1mm ~ ±0.5mm の範囲になりますが、このばらつきは材料の厚さ、刃の鋭さ、機械の剛性によって大きく左右されます。具体的には、材料が厚いほど大きな力が必要となり、たわみが大きくなり、許容誤差が広くなります。刃が摩耗したり不適切にセットされていると、この問題が悪化します。機械の構造的剛性が不足している場合も同様で、振動や偏差が生じる可能性があります。 

一方、レーザー切断では、細かく焦点を絞ったビームと正確な CNC 制御を活用し、±0.025mm から ±0.1mm の範囲の非常に厳しい許容誤差を実現します。この精度は、レーザー出力、切断速度、ガスアシストの細心の制御によって維持され、熱の影響を最小限に抑え、正確な寸法の複製を保証します。 

最小フィーチャーサイズ

せん断は本質的に直線カットに限定されており、刃の固定形状とそれに伴う機械的な力により、内部の特徴は不可能になります。せん断によって作成される内側の角の半径は、刃によって決まります。 

逆に、レーザー切断の高度に焦点を絞ったビームは、材料の厚さ、レーザー ビームの直径、レーザー パラメータに応じて、0.1 mm 程度、場合によってはそれよりも小さい複雑な特徴を作成できます。この機能は、局所的な領域で材料を正確に蒸発または溶解できるレーザーの能力に由来しています。

ビームの直径は最小の特徴サイズに直接影響し、直径が小さいほど細かい詳細が可能になります。

エッジ品質

せん断加工により、わずかに変形したエッジが生成されます。これには、隆起したエッジまたは粗い表面であるバリや、ブレードの下向きの力によって上端が変形するロールオーバーが含まれます。下端には通常、材料が不均一に分離する破砕領域が現れます。そのため、精密用途では二次バリ取りまたは研磨が必要になります。 

一方、レーザー切断では、バリの形成が最小限に抑えられ、材料の厚さ全体にわたって一貫した品質で、より滑らかなエッジが得られます。熱影響部 (HAZ) は存在しますが、エッジの品質はほとんどの用途で十分であるため、通常は後処理は必要ありません。 

レーザービームの方向と平行な微細な縞模様が見える場合がありますが、機能に影響することはほとんどありません。

位置精度

せん断精度はオペレーターのスキルと機械の調整に大きく依存し、不一致が生じる可能性があります。手動による位置決め、材料特性のばらつき、バックストップの不正確さはすべてエラーの原因となります。 

エンコーダー フィードバックと精密なモーション コントロールを備えた高度な CNC 制御システムを活用したレーザー切断により、±0.05 mm 以上の繰り返し位置精度が実現します。 

この自動化されたプロセスにより、人為的ミスが最小限に抑えられ、切断ビームの一貫した正確な位置決めが保証され、より信頼性が高く再現性の高い結果が得られます。最新の CNC システムはリアルタイムのフィードバックを提供し、小さな偏差を調整できます。

材料の変形

せん断は、特に薄い材料の場合、大きな機械的力がかかるため、材料の曲がりや反りを引き起こす可能性があります。変形は切断線の近くでより顕著になり、ワークピースの寸法精度に影響を与える可能性があります。 

レーザー切断では、レーザー ビームが最小限の力しか及ぼさないため、機械的変形が最小限に抑えられます。ただし、薄い材料では局所的な加熱により熱変形が発生することがありますが、これはレーザー パラメータとガス アシストを適切に制御することで軽減できます。熱影響部によって、材料特性がわずかに変化することもあります。

表面仕上げ

せん断により、目に見えるせん断痕のある粗い表面仕上げが残ります。これは機械的破砕プロセスの特徴です。表面の凹凸とせん断痕は、このプロセスに固有のものです。 

一方、レーザー切断では、レーザービームの方向と平行な細かい縞模様が入った滑らかな仕上がりになります。この滑らかな仕上がりにより、多くの場合、表面処理をさらに行う必要がなくなり、効率が向上し、生産時間が短縮されます。 

ただし、一部の金属では酸化が起こり、変色が生じる可能性があり、対処が必要になる場合があります。

コストと効率

レーザー切断板金

コストと効率に関しては、2つの切断方法には大きな違いがあります。せん断と切断のコストと効率に影響を与える要因はさまざまです。 レーザー切断金属板s. 

工具および固定具のコスト

せん断作業には、主に複数回の研磨サイクルに耐えられる刃物で構成される比較的単純な工具が必要であり、それによって長期的なコストが削減されます。固定具の要件は、一般的にはバックストップとホールドダウンに依存する単純なものです。 

逆に、レーザー切断では、精密な光学系、ノズル、補助ガス供給システムが必要なため、ツールの費用が高くなります。複雑な形状の固定具には特殊な設計が必要になる場合がありますが、レーザー切断の固有の柔軟性により、多数の特殊ツールの増加が最小限に抑えられ、初期のツール費用の一部を相殺できる可能性があります。

材料の利用と廃棄物

本質的に直線切断に制限があるため、特に複雑な形状を加工する場合やネスティングの非効率性が発生する場合、せん断プロセスでは材料の無駄が増加する可能性があります。 

逆に、レーザー切断は材料の利用効率に優れ、最小限の切断幅で複雑な切断を実行できます。高度なネスティング ソフトウェアは部品の配置を最適化し、スクラップを減らし、材料の収率を最大化します。この材料の無駄の削減は、長期的なコストの大幅な削減につながります。

人件費と自動化

せん断では、特に自動化されていない構成では、材料の取り扱いと機械の操作により多くの手作業が必要になる場合があります。自動化によって人件費を軽減できますが、せん断に固有の制限により、自動化の実装範囲が制限される可能性があります。 

対照的に、レーザー切断は高度な自動化に適しており、それによって人件費を削減し、生産効率を高めます。CNC 制御と自動化された材料処理システムにより、手動による介入が最小限に抑えられ、長期的なコスト削減と生産性の向上に貢献します。

部品の複雑さと設計変更

せん断により設計の柔軟性が制限され、製造が単純な直線切断に制限され、複雑な部品の製造コストが増加します。設計変更には物理的なツール調整が必要となり、ダウンタイムとコストの増加につながります。 

一方、レーザー切断は設計の柔軟性に非常に優れており、最小限のツール変更で複雑な形状の製造を容易にします。設計変更はソフトウェアの調整によって簡単に実行できるため、ダウンタイムとコストを削減できます。

メンテナンスとダウンタイム

せん断機は一般的にメンテナンスの必要性が少なく、機械部品が単純で、ダウンタイムが最小限に抑えられ、主に刃の研磨や交換に限られます。 

ただし、レーザー切断には、光学系のクリーニング、調整、レーザー光源のメンテナンスなど、より複雑なメンテナンスが必要です。レーザー光源の交換やシステムの調整によるダウンタイムは長くなる可能性があるため、中断を最小限に抑えるための予防メンテナンスが重要になります。

後処理コスト

せん断作業では、バリを除去してエッジの品質を高めるために、二次的なバリ取りや研磨が必要になることが多く、それによって人件費と生産時間が増加します。 

一方、レーザー切断では、バリが最小限に抑えられたきれいなエッジが生成され、後処理の必要性が軽減または排除されます。後処理コストの削減は、全体的な効率とコストの節約に貢献します。

まとめ

結論として、せん断とレーザー切断の選択は、生産効率とコスト効率に大きく影響する戦略的な決定です。せん断は、標準化された部品の大量生産に適したオプションです。一方、レーザー切断は、複雑なデザイン、多様な材料の用途、およびラピッドプロトタイピングに最適です。

さて、せん断とレーザー切断のどちらを選択するにしても、適切なメーカーを選ぶことが重要です。板金加工の点では、Zintilon はせん断とレーザー切断の両方に最適な選択肢の 1 つです。同社は、プロセスで最高の精度と効率を保証します。

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